সূত্র: news.mit.edu
পেরোভস্কাইটরা সোলার প্যানেল তৈরি করার প্রতিশ্রুতি রাখে যা নমনীয় এবং টেক্সচার সহ বেশিরভাগ পৃষ্ঠে সহজেই জমা করা যেতে পারে। এই উপকরণগুলিও হালকা ওজনের, উৎপাদনের জন্য সস্তা এবং আজকের নেতৃস্থানীয় ফটোভোলটাইক উপকরণগুলির মতো দক্ষ হবে, যা প্রধানত সিলিকন। এগুলি গবেষণা এবং বিনিয়োগ বৃদ্ধির বিষয়, তবে যে সংস্থাগুলি তাদের সম্ভাবনাকে কাজে লাগাতে চাইছে তাদের পেরোভস্কাইট-ভিত্তিক সৌর কোষগুলি বাণিজ্যিকভাবে প্রতিযোগিতামূলক হওয়ার আগে কিছু অবশিষ্ট বাধাগুলি সমাধান করতে হবে।
পেরোভস্কাইট শব্দটি কোনো নির্দিষ্ট উপাদানকে বোঝায় না, যেমন সিলিকন বা ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড, ফটোভোলটাইক রাজ্যের অন্যান্য প্রধান প্রতিযোগী, কিন্তু যৌগগুলির একটি সম্পূর্ণ পরিবারকে বোঝায়। সৌর পদার্থের পেরোভস্কাইট পরিবারটির নামকরণ করা হয়েছে পেরোভস্কাইট নামক একটি খনিজটির কাঠামোগত মিলের জন্য, যা 1839 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং রাশিয়ান খনিজবিদ এলএ পেরভস্কির নামে নামকরণ করা হয়েছিল।
মূল খনিজ পেরোভস্কাইট, যা ক্যালসিয়াম টাইটানিয়াম অক্সাইড (CaTiO3) এর একটি স্বতন্ত্র স্ফটিক কনফিগারেশন রয়েছে। এটির একটি তিন-অংশের কাঠামো রয়েছে, যার উপাদানগুলিকে A, B এবং X লেবেল করা হয়েছে, যেখানে বিভিন্ন উপাদানের জালিগুলি পরস্পর সংযুক্ত থাকে। পেরোভস্কাইটের পরিবারটি উপাদান বা অণুর অনেকগুলি সম্ভাব্য সংমিশ্রণ নিয়ে গঠিত যা তিনটি উপাদানের প্রতিটিকে দখল করতে পারে এবং মূল পেরোভস্কাইটের মতোই একটি কাঠামো তৈরি করতে পারে। (কিছু গবেষক এমনকি অনুরূপ উপাদান "পেরভস্কাইট" সহ অন্যান্য স্ফটিক কাঠামোর নামকরণ করে নিয়মগুলিকে কিছুটা বাঁকিয়েছেন, যদিও এটি স্ফটিকবিদদের দ্বারা ভ্রুকুটি করা হয়েছে।)
"আপনি কিছু সীমাবদ্ধতার সাথে কাঠামোর মধ্যে পরমাণু এবং অণুগুলিকে মিশ্রিত করতে এবং মেলাতে পারেন৷ উদাহরণস্বরূপ, আপনি যদি কাঠামোর মধ্যে খুব বড় একটি অণু স্টাফ করার চেষ্টা করেন তবে আপনি এটিকে বিকৃত করবেন৷ অবশেষে আপনি 3D ক্রিস্টালকে আলাদা করতে পারেন একটি 2D স্তরযুক্ত কাঠামো, অথবা সম্পূর্ণরূপে সাজানো কাঠামো হারান," বলেছেন টনিও বুওনাসিসি, এমআইটির যান্ত্রিক প্রকৌশলের অধ্যাপক এবং ফটোভোলটাইক্স রিসার্চ ল্যাবরেটরির পরিচালক৷ "পেরোভস্কাইটগুলি অত্যন্ত টিউনযোগ্য, যেমন আপনার নিজের-অ্যাডভেঞ্চার ধরণের স্ফটিক কাঠামো তৈরি করা যায়," তিনি বলেছেন।
ইন্টারলেস করা জালির কাঠামোটি আয়ন বা চার্জযুক্ত অণু নিয়ে গঠিত, তাদের মধ্যে দুটি (A এবং B) ধনাত্মক চার্জযুক্ত এবং অন্যটি (X) ঋণাত্মক চার্জযুক্ত। A এবং B আয়নগুলি সাধারণত বেশ ভিন্ন আকারের হয়, A এর সাথে বড় হয়।
পেরোভস্কাইটের সামগ্রিক বিভাগের মধ্যে, মেটাল অক্সাইড পেরোভস্কাইট সহ বেশ কয়েকটি প্রকার রয়েছে, যেগুলি অনুঘটক এবং শক্তি সঞ্চয় এবং রূপান্তরের ক্ষেত্রে প্রয়োগ পেয়েছে, যেমন জ্বালানী কোষ এবং ধাতব-বায়ু ব্যাটারিতে। কিন্তু বুওনাসিসি বলেছেন, এক দশকেরও বেশি সময় ধরে গবেষণা কার্যক্রমের একটি প্রধান ফোকাস সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইটে রয়েছে।
এই বিভাগের মধ্যে, এখনও সম্ভাবনার একটি দল রয়েছে, এবং বিশ্বজুড়ে ল্যাবগুলি দক্ষতা, খরচ এবং স্থায়িত্বের মধ্যে সেরা পারফরম্যান্স দেখায় এমন বৈচিত্রগুলি খুঁজে বের করার চেষ্টা করার ক্লান্তিকর কাজের মধ্য দিয়ে দৌড়াচ্ছে - যা এখনও পর্যন্ত সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং ছিল তিনটির
অনেক দল তার পরিবেশগত প্রভাব এড়াতে সীসার ব্যবহার দূর করে এমন বৈচিত্রের দিকেও মনোনিবেশ করেছে। বুওনাসিসি নোট করেন, তবে, "সময়ের সাথে সাথে, সীসা-ভিত্তিক ডিভাইসগুলি তাদের কার্যক্ষমতার উন্নতি করতে থাকে এবং অন্য কোনো রচনা ইলেকট্রনিক কর্মক্ষমতার ক্ষেত্রে কাছাকাছি আসেনি।" বিকল্পগুলি অন্বেষণে কাজ অব্যাহত রয়েছে, তবে আপাতত কেউই লিড হ্যালাইড সংস্করণগুলির সাথে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে পারে না।
পেরোভস্কাইটদের একটি বড় সুবিধা হল কাঠামোর ত্রুটিগুলির প্রতি তাদের দুর্দান্ত সহনশীলতা, তিনি বলেছেন। সিলিকনের বিপরীতে, যার জন্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসে ভালভাবে কাজ করার জন্য অত্যন্ত উচ্চ বিশুদ্ধতার প্রয়োজন, পেরোভস্কাইটগুলি অসংখ্য অসম্পূর্ণতা এবং অমেধ্য থাকা সত্ত্বেও ভালভাবে কাজ করতে পারে।
পেরোভস্কাইটের জন্য প্রতিশ্রুতিশীল নতুন প্রার্থী রচনাগুলি অনুসন্ধান করা কিছুটা খড়ের গাদায় সুই খোঁজার মতো, তবে সম্প্রতি গবেষকরা একটি মেশিন-লার্নিং সিস্টেম নিয়ে এসেছেন যা এই প্রক্রিয়াটিকে ব্যাপকভাবে প্রবাহিত করতে পারে। এই নতুন পদ্ধতিটি নতুন বিকল্পগুলির আরও দ্রুত বিকাশের দিকে নিয়ে যেতে পারে, বুওনাসিসি বলেছেন, যিনি সেই গবেষণার সহ-লেখক ছিলেন।
যদিও পেরোভস্কাইটগুলি দুর্দান্ত প্রতিশ্রুতি প্রদর্শন করে চলেছে, এবং বেশ কয়েকটি সংস্থা ইতিমধ্যে কিছু বাণিজ্যিক উত্পাদন শুরু করার জন্য প্রস্তুতি নিচ্ছে, স্থায়িত্ব তাদের মুখোমুখি হওয়া সবচেয়ে বড় বাধা। যদিও সিলিকন সোলার প্যানেলগুলি 25 বছর পরে তাদের পাওয়ার আউটপুটের 90 শতাংশ পর্যন্ত ধরে রাখে, পেরোভস্কাইটগুলি খুব দ্রুত হ্রাস পায়। দুর্দান্ত অগ্রগতি হয়েছে — প্রাথমিক নমুনাগুলি মাত্র কয়েক ঘন্টা, তারপরে সপ্তাহ বা মাস স্থায়ী হয়েছিল, তবে নতুন ফর্মুলেশনগুলি কয়েক বছর পর্যন্ত ব্যবহারযোগ্য জীবনকাল রয়েছে, এমন কিছু অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত যেখানে দীর্ঘায়ু অপরিহার্য নয়।
একটি গবেষণার দৃষ্টিকোণ থেকে, বুওনাসিসি বলেছেন, পেরোভস্কাইটের একটি সুবিধা হল যে তারা ল্যাবে তৈরি করা তুলনামূলকভাবে সহজ - রাসায়নিক উপাদানগুলি সহজেই একত্রিত হয়। কিন্তু এটি তাদের খারাপ দিকও: "বস্তুগুলি ঘরের তাপমাত্রায় খুব সহজে একত্রিত হয়," তিনি বলেন, "কিন্তু এটি ঘরের তাপমাত্রায় খুব সহজেই আলাদা হয়ে যায়। সহজে আসুন, সহজে যান!"
এই সমস্যাটি মোকাবেলা করার জন্য, বেশিরভাগ গবেষকরা পেরোভস্কাইটকে আবদ্ধ করার জন্য বিভিন্ন ধরণের প্রতিরক্ষামূলক উপকরণ ব্যবহার করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, এটিকে বায়ু এবং আর্দ্রতার সংস্পর্শে থেকে রক্ষা করে। কিন্তু অন্যরা সঠিক প্রক্রিয়াগুলি অধ্যয়ন করছে যা সেই অবক্ষয়ের দিকে পরিচালিত করে, আরও সহজাতভাবে শক্তিশালী ফর্মুলেশন বা চিকিত্সা খুঁজে পাওয়ার আশায়। একটি মূল অনুসন্ধান হল যে অটোক্যাটালাইসিস নামক একটি প্রক্রিয়াটি ভাঙ্গনের জন্য মূলত দায়ী।
অটোক্যাটালাইসিসে, উপাদানের একটি অংশ ক্ষয় হতে শুরু করার সাথে সাথে, এর প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলি অনুঘটক হিসাবে কাজ করে গঠনের প্রতিবেশী অংশগুলিকে অবনমিত করতে শুরু করে এবং একটি পলাতক প্রতিক্রিয়া শুরু হয়। কিছু অন্যান্য ইলেকট্রনিক পদার্থ যেমন জৈব আলো-নিঃসরণকারী ডায়োড (OLED) নিয়ে প্রাথমিক গবেষণায় একই ধরনের সমস্যা বিদ্যমান ছিল এবং শেষ পর্যন্ত কাঁচামালে অতিরিক্ত পরিশোধন পদক্ষেপ যোগ করে সমাধান করা হয়েছিল, তাই একই ধরনের সমাধান পাওয়া যেতে পারে ক্ষেত্রে। perovskites, বুওনাসিসি পরামর্শ দেয়।
বুওনাসিসি এবং তার সহ-গবেষকরা সম্প্রতি একটি সমীক্ষা সম্পন্ন করেছেন যা দেখায় যে একবার পেরোভস্কাইটগুলি কমপক্ষে এক দশকের ব্যবহারযোগ্য জীবনকালে পৌঁছেছে, তাদের অনেক কম প্রাথমিক খরচের জন্য ধন্যবাদ যা তাদের বড়, ইউটিলিটি-তে সিলিকনের বিকল্প হিসাবে অর্থনৈতিকভাবে কার্যকর করার জন্য যথেষ্ট হবে- স্কেল সৌর খামার।
সামগ্রিকভাবে, পেরোভস্কাইটের উন্নয়নে অগ্রগতি চিত্তাকর্ষক এবং উত্সাহজনক হয়েছে, তিনি বলেছেন। মাত্র কয়েক বছরের কাজের সাথে, এটি ইতিমধ্যেই ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড (CdTe) মাত্রার সাথে তুলনীয় দক্ষতা অর্জন করেছে, "যা অনেক দিন ধরে আছে, এখনও অর্জনের জন্য সংগ্রাম করছে," তিনি বলেছেন। "এই নতুন উপাদানটিতে এই উচ্চতর পারফরম্যান্সগুলি যে সহজে পৌঁছেছে তা প্রায় হতবুদ্ধিকর।" দক্ষতায় 1 শতাংশ উন্নতি অর্জনের জন্য ব্যয় করা গবেষণা সময়ের পরিমাণের তুলনা করে, তিনি বলেন, পেরোভস্কাইটের অগ্রগতি 100 থেকে 1-এর মধ্যে হয়েছে, CdTe-এর তুলনায় 000 গুণ বেশি। "এটি এত উত্তেজনাপূর্ণ হওয়ার কারণগুলির মধ্যে একটি," তিনি বলেছেন।
